杨晓伟

男， 上海交通大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2020-至今 上海交通大学化学化工学院 教授/特聘教授
2014-2020 同济大学材料学院特聘研究员
2011-2014 澳大利亚莫纳什大学博士后

研究领域和兴趣

电化学工程、膜分离

主要业绩

长期聚焦电化学工程的应用基础研究，深入研究溶剂化离子的界面传递及反应规律，发展下一代电化学储能体系。围绕上述研究方向，在Science、Engineering、中国科学基金等期刊发表学术论文100余篇，其中单篇最高他引1500余次。是国家杰出青年科学基金获得者（2022）、国家万人计划“青年拔尖人才”（2018）、科技部青年973计划首席科学家（2015）。
主要科技成就1：构建界面离子传递新模型，揭示电化学储能的化学工程机制
三传一反理论是化学工程的科学内涵，电化学储能器件作为新型的反应器，因此，电化学工程的内涵之一是溶剂化离子的界面传递及电化学反应规律。发展了多种调控界面作用力的手段，揭示了界面传递对电化学储能的作用规律：调控电极表面元素组成，揭示界面吸/脱附特性对能量存储/转化反应选择性的作用机制（Adv. Mater. 2017, 29, 1606570，被引用376次；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 205-210）；在电极表面构筑不同晶面，具有低表面能的表面容易生成枝晶，而具有高表面能的晶面可增强与溶剂的作用力，强化离子流均匀分布，实现电池的大电流、长寿命的充放电性能 (Adv. Mater. 2021, 33, 2008424)。
搭建了亚纳米孔离子传输的实验及理论新模型，揭示了孔隙的电位、尺寸及润湿性与离子界面脱溶剂能垒的作用规律，阐明了界面性质对限域传输的过程强化机制，实现快速、高密度储能 (Science 2013, 341, 534，被引用1509次；Nano Energy 2019, 56, 502; Adv. Mater. 2018, 30, 1705713；J. Energy Chem. 2018, 27, 176；Adv. Mater. 2011, 23, 2833，被引用911次)。
受邀参加国家基金委“双清论坛”并以《电化学储能过程中的界面传递》发言，相关学术观点总结发表在《中国科学基金》上。

主要科技成就2：提出从分子到宏观层次的研发策略，发展低成本、长寿命镁电池
由于锂资源受限，急需发展丰产元素的电化学储能新体系。其中镁金属电池具有与锂电池相当的体积能量密度，但目前电解液稳定性差及金属负极钝化等问题长期制约电池的循环性能。围绕“溶剂化镁离子的界面演化/传递对电化学储能的作用规律”这一关键科学问题，提出从分子尺度到电极宏观层次的研发策略，发展了低成本、长寿命镁电池。
在分子尺度，创新性地揭示了二价离子配位情况下，溶剂分子结构演变对界面钝化的分子机制。分析离子的溶剂化结构，发现络合的溶剂分子构型与电子云分布发生改变、分子LUMO能级下降，变为易还原的亚稳态；随价态升高，络合作用更强、溶剂分子向离子转移更多电子、LUMO能级下降，导致所络合的溶剂比离子更易发生还原反应，持续消耗溶剂、产生离子电导率低的界面产物（Adv. Mater. 2022, 34, 2108114）。此外，揭示了阴离子与痕量水等杂质与Mg负极（尤其是新沉积金属）自发反应也是重要的钝化机制（Angew Chem Int Ed 2023, e202302617）。
在醚类电解液体系中，碳-氧双键是溶剂与金属离子配位的关键价键。引入含强极性价键的溶剂分子作为电子对给体，与碳-氧键竞争配位，成功替代部分醚类分子与Mg2+配位，使基础溶剂分子恢复稳定状态。改变了界面反应的选择性，有机磷分子优先得电子，生成富含磷化物的离子传导界面相，大幅提高电池循环寿命。（Angew Chem Int Ed 2022, e202205187）
在单元层次，创新性提出构筑界面分离膜，阐明离子/溶剂分离及电子绝缘对界面稳定的作用机制。开发镁表面自修复式电化学沉积方法，突破了电极表面大面积、无缺陷分离膜的制备难题。ZIF-8的孔径尺寸介于离子和溶剂分子之间，可实现二者的精准分离，成功避免了络合溶剂引发的界面钝化反应（Adv. Mater. 2022, 34, 2108114）。在界面原位构筑电子绝缘膜，并揭示其界面稳定机制（Nano Energy 2021, 86, 106087）。此外，发展了镁金属负极表面的动态配位保护新方法，引入亲镁性物质构筑界面配位保护层，自发化学反应得到显著抑制，循环后负极界面组分和形貌也得到显著改善（Angew Chem Int Ed 2023, e202302617）。

代表成果

1. 赵晓莉，赵婉玉，李瑞敏，杨晓伟*，电化学储能过程中的界面传递，中国科学基金，2023, 37，2，230-237
2. S. Zhu, X. Zhao, Y. Shi, Yuchen Wu, Congcong Liu, Bowen Zhang, Zhijun Zuo, X. Yang*, Voltage-Mediated Water Dynamics Enables On-Demand Transport of Sugar Molecules in Two-Dimensional Channels,Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309024
3. Y Liu, W Zhao, Z Pan, ZQ Fan, M Zhang, X Zhao, X.W. Yang*, Interfacial Engineering of Magnesiophilic Coordination Layer Stabilizes Mg Metal Anode, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302617.
4. W. Zhao, Z. Pan, Y. Zhang, Y. Liu, H. Dou, Y. Shi, B. Zhang, J. Chen, X. Zhao, X.W. Yang*, Tailoring Coordination in Conventional Ether-based Electrolytes for Reversible Magnesium Metal Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 134, e202205187；
5. W. Zhao, M. Guo, Z. Zuo, X. Zhao, H. Dou, Y. Zhang, S. Li, Z. Wu, Y. Yan, J. Wei, Y. Shi, Z.-F. Ma*, X.W. Yang*, Engineering Sodium Metal Anode with Sodiophilic Bismuthide Penetration for Dendrite-free and High-rate Sodium-Ion Battery, Engineering, 2022,11(4), 89-96;
6. Y. Zhang, J. Li, W. Zhao, H. Dou, X. Zhao, Y. Liu, B. Zhang, X.W. Yang*, Defect-Free Metal-Organic Framework Membrane for Precise Ion/Solvent Separation toward Highly Stable Magnesium Metal Anode, Advanced Materials, 2022, 34, 2108114 (Editor's choice);
7. S. Li, J. Fu*, G. Miao, S. Wang, W. Zhao, Z. Wu, Y. Zhang, X.W. Yang*, Toward Planar and Dendrite-free Zn Electrodepositions by Regulating Sn-Crystal Textured Surface. Advanced Material, 2021, 2008424;
8. S.P. Wang, X.L. Zhao, X.J. Yan, C.C. Liu, X.W. Yang*. Regulating Fast Anionic Redox for High-Voltage Aqueous Hydrogen-Ion based Energy Storage, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 131, 211-216.
9. C.C. Liu, X.J. Yan, F. Hu, Guohua Gao, Guangming Wu*, X.W. Yang*, Toward superior capacitive energy storage: Recent advances in pore engineering for dense electrodes, Advanced Materials 2018, 30, 1705713
10. X.W. Yang, C. Cheng, Y. Wang, L. Qiu, D. Li*, Liquid-mediated dense integration of graphene materials for highly compact capacitive energy storage, Science 2013, 341, 534-537

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